Biyoteknolojinin Tan*m* ve Tarihçesi
advertisement
Biyoteknolojinin Tanımı ve Tarihçesi • İlkdefa, 1919 yılında, Karl Ereky tarafından kullanılan Biyoteknoloji teriminin o zamanki tanımı, anlamı ve kapsamı, günümüze kadar gelişen modern tekniklerin bu alana uygulanması ile, önemli ölçüde değişikliklere uğramıştır. • Karl Ereky, Biyoteknolojiyi: Biyoteknolojik Sistemler Yardımıyla Ham maddelerin Yeni Ürünlere Dönüştürüldüğü işlemlerdir” şeklinde tanımlamıştır. Biyoteknoloji nedir? • Biyoteknoloji, insan, hayvan ve bitki hücrelerinin fonksiyonlarını anlamak ve değiştirmek amacıyla uygulanan çeşitli teknikleri ve işlemleri tanımlamak için kullanılan bir terimdir. Canlıların iyileştirilmesi ya da endüstriyel kullanımına yönelik ürünler geliştirilmesini, modern teknolojinin doğa bilimlerine uygulanmasını kapsar. Örneğin • Kanser, AIDS gibi bir çok hastalığın tedavisi ve önlenmesinde kullanılacak genetik ürünler elde edilmesi • Büyüme geriliği gibi sorunlara çare olacak ya da bulaşıcı hastalıklara karşı koyacak proteinlerin üretimi • Rekombinant ilaç ve aşıları sentezleyecek transgenik bitkilerin geliştirilmesi • Hasar görmüş beyin hücrelerinin ve omuriliğin onarımı • Organik atıkları metabolize edecek bakterilerin elde edilmesi biyoteknolojinin uygulama alanlarıdır Biyoteknolojinin Bazı Dönüm Noktaları • İnsanlar, binlerce yıldır, biyokimyasal ve genetik mekanizmaların nasıl işlediğini bilmeden şarap ve bira yapımında fermantasyondan, peynir ve yoğurt yapımında sütün bakteriyle ekşitilmesinden ve ekmek yapımında da mayalardan yararlandı. Maya Hücreleri • MÖ dönem • Mayalar, ilk kez Sümerler tarafından bira yapımında kullanıldılar • MÖ dönem • Mısırlılar maya kullanarak ekmek yapımını keşfettiler • 1673 – Anton van Leeuwenhoek (1632 -1723), Protozoa ve bakterilerin fermentasyonda rol oynayabileceğini açıklayan ilk bilim adamı • 1856 – Louis Pasteur (1822 -1895) Mikroorganizmaların fermentasyondan sorumlu olduklarını kesin bir şekilde tanımladı • 1928 – Alexander Fleming petri kaplarında bir parça küfle çevrelenmiş bölümde tüm bakterilerin öldüğünü keşfetti. – Böylece penisilin dönemi başladı. Fakat 15 yıl sonra tıbbi kullanım için uygun duruma geldi. • 1938 – Proteinler ve DNA çeşitli laboratuvarlarda çalışılmaya başlandı. “Moleküler biyoloji” terimi gündeme girdi. Penisilin 3 Eylül 1928 Alexander Fleming Disk Difüzyon Metodu • 1941 – Bir gen bir enzim hipotezi ortaya atıldı. • 1943 – Rockefeller vakfı Meksika hükümeti ile işbirliği yaparak Meksika Tarım Programı başlatıldı. Bu yabancı yardımıyla yapılan ilk bitki ıslahı çalışması olarak biyoteknoloji tarihinde yerini aldı. (Meksika hala bildiğimiz Meksika) • 1953 – Kortizon büyük ölçekte üretilen ilk ürün • 1990 – İlk başarılı gen terapi çalışmasının yapılması • 1994 – İlk genetik mühendisliği ile geliştirilmiş domatesin dünya gıda örgütü tarafından kabulü • 1999 – Deli dana hastalığı için hızlı ve hassas tanı sisteminin geliştirilmesi • I. Dünya Savaşı'nda patlayıcı madde üretmek üzere, aseton yapımında fermentasyon teknolojisi endüstriyel anlamda kullanıldı. • Bu teknolojinin kullanımı, 1940'lı yıllarda antibiyotik üretiminde daha da yaygınlaştı. 1970'li yıllardan günümüze kadar olan dönemde ise hem proteinler ve metabolik düngülere ilişkin bilgilerimiz arttı hem de DNA'nın (Deoksiribonükleik Asit) enzimler aracılığıyla kesilip, değiştirilebilmesi ve bir canlıdan bir başkasına nakledilebilmesini mümkün kılan teknolojiler gelişti. Taq DNA Polimeraz • Örneğin, sıcak su kaynaklarında yaşayan bakterilerden birinden elde edilen, yüksek sıcaklığa dayanıklı olan Taq DNA Polimeraz, günümüzde uygulama ve temel bilim alışmalarının ayrılmaz bir par çası olan PCR’nin önemli bir girdisidir. PCR Cihazı • 1982’de insülinle başlayan gelişme 2000 yılında 77 ürün sayısına ulaştı (yılda % 20 büyüme). • Dünya’da 325 milyonun üstüne hasta bu ilaçlardan yararlandı. • Halen 250 den fazla biyotek. ürünü ilaç ve aşı klinik deneme aşamasında. • 200’den fazla farklı hastalığın tedavisi hedefleniyor. Detaylı Tarihsel Gelişim • • • • • Ekmek mayalanması M.Ö. 3000 Alkolik mayalanma M.Ö. 3000 Sirke yapımının öğrenilmesi M.Ö. 3000 Mezopotamyada şarap üretimi M.Ö. 2000 Sümerler, Babiller ve Mısırlılar Tarafından Bira üretimi M. Ö.300 • «Bir yerde Taunun/vebanın olduğunu duyan kimse oraya gitmesin» Hadis-i Şerif • «En iyi ve tehlikesiz su, kaynatılıp soğutularak içilen sudur» İbni Sina Detaylı Tarihsel Gelişim • • • • Etanol üretimi 1150 Sirke üretimi (endüstriyel) 14. yy Kültür mantarı üretimi 1650 Mikrobiyal yoldan süt asidi üretimi 1881 Detaylı Tarihsel Gelişim • Alexander Fleming petri kaplarında bir parça küfle çevrelenmiş bölümde tüm bakterilerin öldüğünü keşfetti. Böylece penisilin dönemi başladı. Fakat 15 yıl sonra tıbbi kullanım için uygun duruma geldi. 1928 • Proteinler ve DNA çeşitli laboratuvarlarda çalışılmaya başlandı. “Moleküler biyoloji” terimi gündeme girdi. 1938 • Bir gen bir enzim hipotezi ortaya atıldı 1941 • Rockefeller vakfı Meksika hükümeti ile işbirliği yaparak Meksika Tarım • Programı başlatıldı. Bu yabancı yardımıyla yapılan ilk bitki ıslahı çalışması olarak biyoteknoloji tarihinde yerini aldı. 1943 Detaylı Tarihsel Gelişim • Kortizon büyük ölçekte üretilen ilk ürün 1953 • DNA ile yapılan yaygın çalışmalar 1953 – 1976 • Genetik mühendisliği ile geliştirilmiş insan insulinin bakteri tarafından üretilmesi 1982 • Böcek, bakteri ve virüslere dirençli bitkilerin toprakta yetiştirilmesi çalışmaları 1985 • İlk rekombinant aşı (sarılık, Hepatit B) 1986 Detaylı Tarihsel Gelişim • İlk genetiği değiştirilmiş hayvan olarak meme kanseri çalışmalarında kullanılan fare için patent alınması 1988 • İlk başarılı gen terapi çalışmasının yapılması 1990 • İlk genetik mühendisliği ile geliştirilmiş domatesin dünya gıda örgütü tarafından kabulü 1994 • Biyosensörlerin kullanılması 1996 Detaylı Tarihsel Gelişim • Doly’nin yapılması 1997 • Ebriyonik kök hücre üretimi 1998 • Deli dana hastalığı için hızlı ve hassas tanı sisteminin geliştirilmesi 1999 • Kimya Eğitimi öğrencilerinin Biyoteknoloji dersi almaları Biyoteknoloji konu olarak “multidisipliner” yani bağımsız pek çok bilim dalını bir arada barındırır. BİYOTEKNOLOJİNİN BAŞLICA UYGULAMA ALANLARI Biyosüreç Teknolojisi • • • • • • • Alkollü içeceklerin üretimi Antibiyotik üretimi Memeli hücre kültürleri Yeni ürünlerin üretimi (Ör: Polisakkaritler) İlaç üretimi Organik çözücü üretimi (Ör:Aseton, bütanol) Protein bakımından zenginleştirilmiş gıdaların üretimi • Üretim kapasitesi artışı için fermantasyon tasarımı optimizasyonu Enzim Teknolojisi • • • • • Özgün kimyasal reaksiyonlar için kullanımları Enzim immobilizasyonu (tutuklanması) Yarı sentetik penisilin üretiminde Nişasta ve selüloz hidrolizinde Biyolojik analizler için sensörlerin oluşturulmasında Atık Teknolojisi • Atıkların yeniden kullanılabilmesi • Atıklardan yeni ürünlerin üretilmesi (Ör: alkol) Çevre Teknolojisi • Kirliliğin kontrolü • Atık toksinlerin uzaklaştırılması • Düşük dereceli madenlerden ve madencilik endüstrisi atıklarından metallerin geri kazanılması Yenilenebilen Kaynaklar Teknolojisi • Kimyasal ham madde ve etanol, metan ve hidrojen üretimi için lignosellülozik materyalin yenilenebilen enerji kaynağı olarak kullanılması • Bitki ve hayvan materyalinin tamamının kullanılması Ziraat ve Hayvancılık • Besin değeri yüksek, hastalığa dirençli, strese toleranslı yüksek kalitede ve verimde genetik mühendisliği ile geliştirilmiş bitkilerin oluşturulması • Hayvancılıkta ürün artırımını sağlamak Sağlık • Yeni ilaçların oluşturulması • İlaçların sadece hastalıklı bölgeye ulaşmasının sağlanması • Hastalık tanılarının geliştirilmesi • Aşıların geliştirilmesi • İnsan genomunun anlaşılması • Gen tedavisi Bu sınıflandırma ürün bazında tasnif edilirse biyoteknoloji şu alt dallara ayrılır. • Farmasotik Biyoteknoloji: İmmunomodülatörler, büyüme hormonları, kan proteinleri, antibiyotikler, antikanser ajanları, aşılar, gen terapisi. • Çevre Biyoteknolojisi: Biyolojik su arıtma sistemleri, biyoremidasyon, biyobozunur polimerler • Tarımsal Biyoteknolojisi: Genetiği değiştirilmiş organizmalar, biyoinsektisidler, biyotoksinler • Biyoelektronik: Biyoçip ve biyosensörler • Kimyasal Biyoteknoloji: Endüstriyel enzimler, organik asitler, amino asitler TARIMDA BİYOTEKNOLOJİ KULLANIM ALANLARI Örn.: Renkli Pamuk Bitkisel ürünlerin verim ve kalitesinin artırılması (Bitki ıslahı) • Bazı bitkilerdeki faydalı maddeler zenginleştirilerek daha kaliteli ürünler elde edilebilmektedir. Buğdayda lisin, Baklada metionin gibi.. • Yağ, protein, aminoasit, vitamin, mikroelement ve lif gibi kalite etmenlerince iyileştirilmiş yeni bitki genotipleri geliştirmek (buğday, pamuk, mısır, domates..) Hastalıklara ve olumsuz çevre şartlarına dirençli türlerin geliştirilmesi Virüs hastalığına dayanıklı kabak (FreedomII); Rafömrü uzatılmış domates (FlavrSavr); Geniş spektrumlu herbisite (Glyphosate) dayanıklı soya fasulyesi, mısır ve pamuk Yüksek oranda laurik asit içeren kanola (Brassicanapus) • Besin içeriği (lipid ve protein) geliştirilmiş soya fasulyesi, yerfıstığı ve kakao; • Yeşil kurda dayanıklı pamuk (BollGard) • Mısır kurduna dayanıklı mısır (YieldGard) çeşitleri geliştirilmiştir. Bu karpuzlar biyotek. ürün müdür?
